一种基于TDLAS谐波探测技术的甲烷传感器

实验研究了近红外二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术在煤矿瓦斯气体安全探测中的应用.基于TDLAS的自平衡二次谐波探测方法能够有效地消除激光器光强波动等共模噪声和其他同性干扰的影响,特殊设计的气体吸收池能有效抑制光学干涉条纹,从而降低检测限.实验中吸收池长10 cm,充有10300 ppm的甲烷气体,检测限低于6.5 ppm.这种方法不需使用多次反射池,光路调节简单,能适应煤矿中甲烷气体的监测.     

基于TDLAS一次谐波的二氧化碳温度测量

为了实现二氧化碳气体温度的实时、非接触测量,研究基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的温度测量方法。根据单激光器的电流调谐特性和谱线对的选择标准,选取6241.402828 cm-1、6242.672190 cm-1处的两条对温度有不同依赖关系的二氧化碳谱线进行分析。针对二次谐波幅度法和一、二次谐波幅度比值法所存在的问题,提出应用一次谐波信号的TDLAS温度测量方案。首先测量两吸收谱线的一次谐波峰峰值和平均值,以峰峰值和平均值的比值作为单吸收线的输出,再以两吸收线输出值之比来实现气体温度的测量。实验结果表明:在200~1000K范围内,气体温度测量误差小于30 K。该温度测量方案可消除光强波动对温度测量产生的影响,且仅需检测一次谐波信号,系统结构简单,性能稳定,可以满足二氧化碳气体温度实时、非接触测量的需要。     

TDLAS技术气体检测二次谐波信号的仿真与分析

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术结合半导体激光器可调谐的特点及气体分子对特定波长能量光的吸收特性,凭借灵敏度高、响应时间短等优势广泛应用于气体浓度检测。TDLAS技术气体浓度检测包括波长调制、气体吸收、二次谐波解调等环节,吸收信号的二次谐波分量携带气体浓度信息,用于计算气体浓度。利用MATLAB对气体检测过程进行了信号仿真,并利用数字锁相放大算法提取了二次谐波信号,验证了二次谐波与气体浓度的关系。通过仿真分析了二次谐波信号随调制系数的变化关系,以便确定较佳的调制参数,为后续系统搭建与气体检测实验提供参考。     

温度和压强变化对二次谐波反演结果的影响

在气体质量流量测量系统中,波长调制光谱信号的谐波分量,特别是其二次谐波分量常被用作为检测对象,用于气体浓度、速度等信息的反演。基于波长调制原理,利用氧气(O2)分子在764.28nm附近的吸收谱线,分析了常见线型的半峰全宽,得出了不同温度、压强下洛伦兹线型的适用范围;研究了O2分子吸收谱线在不同温度、压强条件下的二次谐波峰值;对不同温度、压强下,采用二次谐波峰值反演气体浓度产生的误差进行了分析,并提出了误差修正方法;分析了实验过程中当最佳调制深度不能够随着温度、压强即时调整的情况下,最优调制系数在不同温度、压强变化下的适用范围,并给出了误差修正公式。     

可调谐激光吸收光谱技术监测燃烧中CO检测方法比较

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是利用二极管激光器的波长调谐特性,获得被选定的待测气体特征吸收谱线的吸收光谱,从而对待测气体进行定性或定量分析.TDLAS技术与开放式的多次反射池相结合,分别利用二次谐波探测方法和自平衡加波长调制的新型检测方法,测量了酒精喷灯火焰的CO浓度.测量结果表明,自平衡加波长调制的新型检测方法与二次谐波检测方法相比,不仅使检测限提高了16.3倍,还有效地消除了激光器、火焰的光强波动影响,可以应用在燃烧控制及喷焰气体CO浓度测量等多个领域.     

基于可调谐二极管激光吸收光谱学对二次谐波检测噪声分析研究

在可调谐红外激光器的基础上发展的新的痕量气体监测分析方法,已在大气化学研究和污染气体监测领域中得到了应用.在无法通过增加光程长度来提高系统检测灵敏度的环境中,降低噪声、提高信噪比,是提高TDLAS二次谐波检测技术系统检测灵敏度的途径之一.介绍了TDLAS的噪声来源并对短吸收光程下的CO和CO2的近红外波段二次谐波进行了测量研究和噪声分析.获得CO和CO2的最小检测灵敏度分别为0.73%和0.98%.这一结果能够满足某些对于测量要求不是很高的情况下的环境监测的需要.     

频率-振幅调制相位差对TDLAS 2次谐波线型的影响

为了研究频率-振幅调制(FM-AM)间相位差对TDLAS 2次谐波信号及线型的影响,采用考虑残余振幅调制的波长调制光谱技术计算方法,推导出了考虑FM-AM相位差的2次谐波信号的理论计算公式,并模拟计算了FM-AM相位差对谐波信号线型造成的影响。结果表明,2次谐波信号正峰值、左右负峰值、基线值均随FM-AM相位差发生变化,而左右负峰的间距不受其影响,保持不变。该计算结果对TDLAS气体检测有重要的意义。     

基于波长调制法的氢气激光检测参数优化分析

基于仿真平台,搭建了TDLAS氢气检测系统,对4 712.905 cm＿1处的吸收光谱进行调制并利用锁相放大器提取出二次谐波信号。通过比较不同激光调制参量对二次谐波信号波形的影响进而选取最佳参数,调制幅度参量取值范围为0.1～0.35 V,观测二次谐波波形,结合波峰和波形对称性两个评估条件,确定最佳调制幅度为0.25 V。调制频率参量取值范围0.5～30 k Hz,结合二次谐波信号幅值和对噪声的抑制效果两个评估条件,选取调制频率为10 k Hz。结果表明,通过激光调制参量的优化选择可以获得更理想的二次谐波信号。该研究为开展氢气激光检测TDLAS系统调制参数的选取提供了理论依据,对改善实际应用中系统测量精度提供理论指导。     

基于TDLAS的气体温度测量

介绍了基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)的气体温度测量原理,选择了1对O2吸收谱线13 163.78 cm-1和13 164.18 cm-1,理论计算了此谱线对线强比值R与温度的关系,在搭建的高温实验装置上实现了O2温度和浓度的同时测量,并分析了压力对温度测量的影响。实验结果表明:在823~1 323 K内,温度测量的线性误差为0.65%。最大波动为±15 K,压力变化对温度测量的影响可忽略不计。     

大气中甲烷含量监测方法研究

甲烷是大气中对温室效应影响仅次于二氧化碳的气体，甲烷的含量对于辐射过程和气候发展趋势的研究是特别重要；通过监测地面环境空气中甲烷的含量来分析其来源，能够为大气化学的研究提供非常重要的依据。本文针对环境空气中甲烷的测定，介绍了常用的两种测量方法。对每种方法的测量原理、特点及适用范围等方面进行了详细的阐述，对GC与TDLAS两种方法进行了详细的比较。     

成像光谱技术的新发展

成像光谱仪把成像技术与光谱技术融为一体,可在空间和光谱两个方面对目标进行识别和分析．本文对９０年代以来迅速发展的时间调制及空间调制两类干涉成像光谱仪的基本原理、组成、性能特点等进行了介绍与分析．     

一种针对使用背照减薄型CCD器件色散型成像光谱仪的星上光谱定标方法

使用背照减薄型CCD器件的色散型成像光谱仪在近红外波段会出现呈条带状干涉条纹现象,该干涉条纹对入射光波长分布敏感,空间频率稳定,特别适用于微小光谱偏差的测量与校准.针对一台光栅色散型推扫式成像光谱仪样机,先估计出条纹分布的规律,再以此为基础,采用频域滤波、最小二乘拟合等方法提取干涉条纹中包含的相位信息,以此作为光谱定标的辅助参数.实验表明,当入射光强变化达到130％以上时,拟合谱线位置的不确定度最大为0.007 3 nm,模拟光谱位置改变后,以汞灯谱线作为基准光谱位置曲线,测得拟合算法的最大误差为0.135 8 nm,该结果证明,干涉条纹拟合定标方法可有效减少定标系统对光源稳定性的依赖,提高对光谱维微小偏移量的检测精度.     

双狭缝高分辨率紫外成像光谱仪光学系统设计

在机载和星载领域,尤其是用于观测科学目标短期变化的应用领域,遥感平台逐步要求光谱仪在实现高分辨率的同时缩短重访时间。研究了基于Offner结构的紫外成像光谱系统,设计了一种工作波段为250~500nm、双狭缝均长50mm、双入射狭缝间隔为37mm、光谱分辨率为0.3nm的双缝高分辨率紫外成像光谱仪,并对设计结果进行了分析与评价。结果表明,这种紫外双缝成像光谱仪在41.67lp·mm-1处的传递函数达到0.76以上,实现接近衍射极限的优良成像质量,同时大大缩短了系统重访时间,提高了系统的信噪比,在保证高分辨率的同时缩小了系统体积和扫描镜口径,适合机载和星载遥感应用。     

微小型光谱仪光谱带宽及象元分辨力的讨论

微小型光谱仪是光谱分析仪器发展的一个重要方向。以典型光 仪为基础,对微小型光谱仪的主要性能指标光谱带宽及象元分辨力与结构参数的关系进行了较深入的分析讨论,为实现其结构优化设计提出了综合协调微小型光谱仪性能指标与结构参数关系的理论依据。     

单透镜成像光谱设备光谱定标方法

针对单透镜成像光谱仪的光谱标定展开研究，利用单色仪扫频方式标记波长与像平面的相对关系，利用汞灯特征谱线进行验证。针对选用的单透镜型号，设计定标方案及步骤，根据方案搭建实验平台，完成实验分析验证，最终结果表明该定标方法适用于单透镜成像光谱设备。     

成像光谱仪光谱定标

成像光谱仪是谱像合一的新型光学遥感器.成像光谱仪的光谱定标是辐射定标的基础,准确的光谱定标是获得地物正确光谱信息的必要条件.介绍了成像光谱仪光谱定标的原理和几种光谱定标方法,并对国内成像光谱仪光谱定标技术进行了展望.     

改善直接数字合成周期信号频域特性的三种波形序列

本文首次提出三种用于改善直接数字合成周期信号频域特性的波形序列,其中两种序列能够在不改变合成信号幅频包络的前提下提高其频率分辨率,另一种序列可用于波形数据限定的情况下频谱可变信号的合成。文中对三种序列的性质分别进行了推导和实例验证。     

瞬态短波红外光谱仪光学系统设计

设计了瞬态短波红外光谱仪的光学系统。论述了光谱仪的工作原理和光学系统方案选择,对CZ-ERNY-TURNER结构形式的光谱仪进行了光学设计和像差分析。该光学系统的波长范围为900～1700nm,光谱分辨率达到5nm,谱面20mm不平直度0.021mm。光学系统性能接近国外同类产品水平。     

分布式发射天线V-BLAST信号的排序干扰抵消检测

针对V-BLAST信号通过分布的发射天线进入信道,该文提出了一种由于发射天线地域上的分布性引起的各发射天线发射信号不同时到达接收天线的V-BLAST排序干扰抵消(Order Interference Cancellation, OIC)检测算法。计算机仿真显示,该算法适用于任意个数的接收天线,在较高信噪比(20dB)的条件下,性能优于直接迫零算法3dB以上。在相同信噪比条件下,分布发射天线V-BLAST的排序干扰抵消检测算法比集中发射天线V-BLAST的排序干扰抵消检测算法有着更好的性能。     

改善直接数字合成周期信号频率 分辨率的两种波形序列

在利用直接数字合成方法产生周期性宽带通信对抗背景信号时,信号的频率分辨率、带宽及频谱复杂度直接受限于合成系统的工作频率和存储容量.本文提出两种波形序列,能够在不改变合成系统工作频率和存储容量并且不影响合成信号的幅频包络和基本时域特性的情况下将其频率分辨率提高四倍以上,并且可以提高合成信号的频谱复杂度和可变性.这两种序列还可用于其它高频率分辨率周期信号的直接数字合成.